ダークマター検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価

Presentation on theme: "ダークマター検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価"— Presentation transcript:

1 ダークマター検出器の低圧ガスにおける 角度分解能の評価
日本物理学会 第66回 年次大会　2011/03/28 ダークマター検出器の低圧ガスにおける 　　　　角度分解能の評価 だあくまたん 谷森達、窪秀利、身内賢太朗 株木重人、Parker Joseph、岸本祐二、西村広展 黒澤俊介、岩城智 澤野達哉、谷上幸次郎、東直樹、松岡佳大 京大理　中村 輝石 実験概要 エネルギー閾値低下のための低圧ガス 検出効率 角度分解能 まとめ

2 暗黒物質 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず ⇒ 銀河スケールに暗黒物質 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオンの分布と異なる
　暗黒物質 銀河の回転曲線 銀河の星の回転速度が外周部で落ちず ⇒ 銀河スケールに暗黒物質 銀河団衝突領域で、重力ポテンシャルの位置がバリオンの分布と異なる ⇒ 銀河団スケールに暗黒物質 宇宙論パラメータの測定（CMBなど）から、バリオンの約5倍の暗黒物質 ⇒ 宇宙論スケールに暗黒物質 ⇒ 非バリオンな"暗黒物質" 星の回転速度 [km/s] 銀河の中心からの距離 [pc] 銀河団衝突領域 宇宙のエネルギー組成

3 ニュートラリーノと原子核の弾性散乱のファインマン図
　暗黒物質の候補粒子「WIMP」 Weakly Interacting Massive Particle 反応率が小さい 安定 質量を持つ（10～1000GeV） ⇒WIMP（LSP, LKP, LTP, etc...） （他の暗黒物質の候補もある） アクシオン Q-ボール ステラエルニュートリノ ...etc ニュートラリーノと原子核の弾性散乱のファインマン図 最も軽い粒子がニュートラリーノの場合、暗黒物質に成り得る MSSMで追加される粒子

4 暗黒物質の直接探索方法 季節変化（従来） 大量の標的 ⇒ 固体検出器 暗黒物質の"風向き" 飛跡を捉える ⇒ ガス検出器（※） cygnus
　暗黒物質の直接探索方法 σSD=1pb M=100GeV target:F 予想されるエネルギースペクトル 　　　6月 　　　12月 計数率の季節変化は 数%程度 季節変化（従来） 大量の標的 ⇒ 固体検出器 暗黒物質の"風向き" 飛跡を捉える ⇒ ガス検出器（※） 到来方向異方性には 大きな前後非対称性あり 予想される散乱角θの余弦分布 θ cygnus WIMP 原子核 （※）名大NITグループはエマルジョンを用いた飛跡検出型探索実験のR&Dをしている

5 NEWAGE μ-TPC：反跳原子核の三次元飛跡を捉える NEWAGEの神岡地下での先行研究（nishimura09（※））から制限曲線
New general WIMP search with an Advanced Gaseous tracker Experiment μ-TPC：反跳原子核の三次元飛跡を捉える NEWAGEの神岡地下での先行研究（nishimura09（※））から制限曲線 （※）当研究室OB SD反応の散乱断面積への制限（90%C.L.） WIMP μ-TPC 1) 先行研究による制限曲線 電子 CF4ガス 原子核 μ-PIC 2) (pitch:400μm) 2)μ-TPC　・・・　Micro Time Projection Chamber 1)μ-PIC　・・・　Micro Pixel Chamber

6 SD反応の散乱断面積への予想される制限（90%C.L.）
　NEWAGEの次の目標 他の実験に棄却されているものの、ポジティブリザルトを主張するDAMAの領域の探索 （現行の約1000倍の感度で到達） バックグラウンド：1/10 （感度10倍） ⇒ ラドン除去システム エネルギー閾値：1/2 （感度10倍） ⇒ 低圧力での運用 大型化 ⇒ 1m3サイズを数台 　　(現行は30cm3) SD反応の散乱断面積への予想される制限（90%C.L.）

7 低圧動作の効用 ガス圧低減（152torr → 76torr） 飛跡長が約2倍に 低エネルギー（飛跡が短い）事象に感度
　低圧動作の効用 圧力ごとの飛跡長（SRIM） ガス圧低減（152torr → 76torr） 飛跡長が約2倍に 低エネルギー（飛跡が短い）事象に感度 暗黒物質に対する感度上昇（約10倍） 長 短 予想されるエネルギースペクトル σ=1pb, M=100GeV, target:F 確認すべきもの 検出効率 （低エネルギーな原子核反跳） 角度分解能 （方向性） new threshold current threshold

8 検出効率 原子核反跳事象の検出効率： シミュレーションと測定データ(nhit>3)の比
　検出効率 252Cf neutron 原子核反跳事象の検出効率： シミュレーションと測定データ(nhit>3)の比 検出器 半分の50keVに達さなかったのは、ガスゲイン不足 飛跡長：2倍⇒長さ当たりの電子数：1/2 ⇒ 必要ゲイン2倍 使用したゲイン：1.5倍（=1260/860） 1を超過しているのは、シミュレーションの不定性 原子核反跳事象の検出効率 赤：76torr 青：152torr

9 角度分解能 測定データとシミュレーションを比較 （シミュレーションは角度分解能ごとに作成）
　角度分解能 θ 252Cf 中性子 原子核 測定データとシミュレーションを比較 　（シミュレーションは角度分解能ごとに作成） 角度分解能：50+7-2度（ keV） 　⇒これまでと同等の分解能。ゲインの確保により向上が見込まれる 100keV以下：要アルゴリズムの改良 中性子による原子核散乱の 余弦分布（ keV） カウント数 カウント（相対値） 青：測定データ 緑：シミュレーション（σ=50°） シミュレーションによる余弦分布 （ keV、角度分解能ごと）

10 結論 方向に感度を持つ暗黒物質探索実験NEWAGEにおいて 低圧力運用（152torr ⇒ 76torr） エネルギー閾値（検出効率から）
　結論 方向に感度を持つ暗黒物質探索実験NEWAGEにおいて 低圧力運用（152torr ⇒ 76torr） エネルギー閾値（検出効率から） 100keV ⇒ 70keV 50keVには達さず（ゲイン不足） 角度分解能 値は従来と同程度 展望・・・・ ゲインUP ・ 方向決定アルゴリズム改良 　⇒ エネルギー閾値を50keVに